Hogarth, director del Ashmolean y de la expedición a Carchemish para el Museo Británico, estaba impresionado por las habilidades de Lawrence como investigador y por su personalidad inquisitiva, así que accedió de inmediato a incluirlo en el equipo de excavaciones para Carchemish.

Lawrence llegó a Jebail (Líbano) donde pasaría dos meses aprendiendo el dialecto del Norte de Siria en la American Mission School. La temporada preliminar se inició en Marzo. El equipo de arqueólogos estaba formado por D.G. Hogarth, como director; Campbell Thompson, su asistente y Lawrence. 

Los hombres de Jerablús, una aldea vecina, formaban la fuerza de trabajo. Las labores comenzaban al amanecer: Campbell Thompson relevaba el sitio, Hogarth registraba los resultados por escrito y Lawrence copiaba los relieves aplicando papel húmedo sobre ellos (squeezing), dibujaba las inscripciones y esculturas, y junto al capataz dirigía a los hombres. 

Además se encargaba de las tareas manuales en la casa de la expedición: colocando estantes, amurando puertas y ventanas, siendo el más hábil en carpintería y, gracias a las enseñanzas de su padre en la materia, se hallaba muy calificado para desempeñarse como fotógrafo de la expedición. Continuó estudiando árabe y lo hablaba con los trabajadores: así adquirió fluidez y pudo conocer las costumbres y la forma de pensar de los habitantes de Siria. Sus viajes a pie le habían enseñado a vivir pobremente y a desarrollar un talento natural para comprender y llevarse bien con los árabes.

No era un estilo de vida confortable, pero Lawrence lo disfrutaba, tomando con humor las incomodidades y los contratiempos diarios. Él se había acostumbrado a esta existencia rústica y hallaba las excavaciones muy interesantes. A veces los trabajos se tornaban rutinarios y la frustración se hacía evidente en sus colegas, pero Lawrence siempre podía encontrar una anécdota divertida aún en la situación más adversa.

Cuando concluyeron las excavaciones, Lawrence decidió visitar los castillos de las cercanías. Recorrió a pie durante quince días los más desolados parajes, deteniéndose en los pueblitos para pernoctar. Los árabes son tradicionalmente hospitalarios con los peregrinos y hasta en el más modesto campamento beduino le ofrecían algo de comer y unas mantas para pasar la noche. Durante este viaje escribió un diario con sus impresiones sobre la geografía, la gente, sus costumbres y detalles sobre la arquitectura de los castillos visitados. Regresó a Jerablús el 28 de Julio con el fin de terminar unas tareas pendientes, pero al día siguiente enfermó de disentería. Estaba muy débil, así que decidió abandonar sus exploraciones y regresó a Inglaterra.

Tardó varios meses en recuperarse, pero en Noviembre partió otra vez hacia Siria, a pesar de las recomendaciones médicas. Pasó un mes en Egipto en la excavación dirigida por el egiptólogo Flinders Petrie para aprender nuevos métodos arqueológicos. El sitio era un antiguo cementerio y Lawrence encontró bastante desagradable desenterrar momias resecas para despojarlas de alguno que otro amuleto de valor. Sin embargo, valoraba la oportunidad de aprender junto a Petrie, quien a su vez, llegó a apreciar las cualidades profesionales de Lawrence hasta el punto de ofrecerle dos temporadas de excavación en Bahrein a su cargo. Este proyecto nunca se concretó.

La segunda temporada comenzó en Marzo con la llegada de Leonard Woolley y Lawrence se sintió feliz de regresar a las limpias excavaciones de Carchemish y a la gente que apreciaba en Siria. Ambos formarían un buen equipo: Woolley era un experimentado arqueólogo de campo, pero Lawrence conocía bien el idioma y la zona. Era bueno dirigiendo a la gente porque sabía cómo motivarlos sin ser autoritario o despótico. Trabajarían juntos durante cinco temporadas muy exitosas, aunque no exentas de problemas. 

A fines de 1912 la situación política del Imperio Turco comenzó a deteriorarse y durante ese tiempo turbulento Lawrence aprendió mucho sobre las aspiraciones de los árabes locales. Preocupados por su seguridad personal y la de las excavaciones, Lawrence y Woolley cultivaron la amistad de jefes kurdos y árabes y llegaron a familiarizarse con el accionar de algunos movimientos independentistas, cuyo resurgimiento era una consecuencia de la inestabilidad del gobierno turco.

A principios de 1914, Lawrence y Woolley fueron requeridos por el Palestine Exploration Fund para acompañar a un grupo de ingenieros militares. Ellos realizarían un relevamiento topográfico de un área del Sinaí sin cartografiar; Lawrence y Woolley harían un reconocimiento arqueológico. Tal como ellos sospechaban, su presencia le daría un viso científico a la expedición: de otra manera, el gobierno Turco les habría denegado el permiso a los británicos, quienes tenían sus buenas razones, tanto militares como estratégicas, para querer un mapa de esta franja desconocida. 

Si bien las largas jornadas a lomo de camello y la desolación del lugar hacían el trabajo muy penoso, la experiencia fue valiosa. Lawrence llegó hasta la región de Akaba con sus exploraciones y aprendió de los ingenieros militares técnicas de reconocimiento, la geología del desierto y la coordinación de diversos equipos de trabajo. Todo esto le sería de utilidad en el futuro.

Culminado este trabajo, Lawrence y Woolley regresaron a Carchemish para la sexta temporada y trabajaron arduamente hasta fines de Junio. Regresaron a Inglaterra para descansar, con planes de volver en Agosto e iniciar la próxima temporada. En Oxford se dedicaron a completar el informe arqueológico sobre el Sinaí. Desafortunadamente, en Agosto de 1914 estalló la guerra y todos los planes se desvanecieron. Lawrence nunca regresaría a Carchemish.